高压摆喷灌浆技术在坝基渗透水层中的应用

高压摆喷灌浆技术在坝基渗透水层中的应用

横截面枢纽工程为1级等距建筑。设计采用高压旁流灌溉法修建防洪墙，切断水库基础上的透水区渗透。根据规范要求,在防渗墙施工前先进行高喷灌浆围井试验,其目的是:通过试验找出既经济合理又能满足设计要求的施工参数,如孔距、喷射压力、水、气的流量、浆液流量、提升速度,以及摆动速度、摆角等参数。1坝上游导水墙根据设计要求,结合现场施工条件,将试验场地选在溢流坝左岸上游库区内、溢流坝段右侧导水墙端约30m处。地面高程约为50.60m,地下水位距地面约3.5m,高程约47.1m。该处地质条件与施工段相同2防渗凝结体充填工艺试验中采用新、老3管法两种高喷工艺。老3管法采用高压水和压缩空气同轴喷射破坏地层,通过射流冲切、升扬置换,低压水泥浆跟进充填掺搅渗透形成防渗凝结体;新3管法在老3管法的基础上,增加高压水泥浆2次切割充填。主要区别在于,除第1次上段的超高压水和空气的复合喷射流体切削土层,紧接着第2次下段的超高压浆液和空气的复合喷射流体,在第1次切削土层的基础上再次对土体进行切割,这样增加射流的作用范围,加大了切削深度,从而加大固结体的直径。3试验参数围井试验参数如表1所列,试验孔如图1所示。4下地壳及基岩(1)试验场地地质情况。围井试验前将1#、4#、7#、10#号4个孔定为地质复勘孔。根据地质资料反映试验部位的地层由以下几部分组成:(1)层孔口至2.8m为粘土铺盖,呈黄色,硬塑;(2)层2.8～5.4m为细砂层、灰色稍密～中密;(3)层5.4～12.8m为砂卵石层,该层从上到下卵石含量由少到多,粒径由小到大,以3～8cm为多,个别大于20cm,中密至密实,呈杂色;(4)层12.8m以下为砾岩强风化、采出岩心为暗紫红色,有泥质胶结。通过围井开挖,可以看出,围井8m深时,地层出的卵石含量已超过50%,越到下部,卵石含量越多且卵石较大。从井底挖出的基岩,为红色风化砾岩,单块坚硬,块间风化物呈暗红色泥质胶结。(2)材料。使用东关水泥厂32.5MPa普通硅酸盐水泥,水泥浆液容重为1.6～1.7g/cm3,分别在新老3管法施工时选两孔掺入水泥重量3%的膨润土,掺入膨润土重量3%的水玻璃。(3)钻孔。采用XU-150钻机钻孔,采用泥浆固壁法造孔,覆盖层中孔径O130mm,基岩中孔径O110mm。钻孔孔斜用JJX-3A型测斜仪测孔斜,斜度小于1%。(4)高喷灌浆。12个试验孔分新3管和老3管法两种,工艺按孔距、喷射压力(水浆)、流量(水、浆、气)、提升速度、摆动速度、浆液浓度等进行组合,钻孔及高喷分序进行。5围岩渗流场及渗流速率围井开挖剖面示意图如图2所示。从围井开挖所揭示的外观情况看,墙体在粘土铺盖中均匀连续,相对较薄,在砂层中均匀平整,比在粘土中厚,墙体在卵石层中厚度比在砂层中还要厚,但平整度比在砂石层中差。墙体顶部厚度如表2所列。在围井各孔间搭接处开凿探点看,各层的有效厚度均大于20cm。从开凿的探点上看,Ⅰ序孔与Ⅱ序孔主要为互融式胶结,分不清Ⅰ序与Ⅱ序的先后,这主要是Ⅰ序与Ⅱ序之间相对时间不长,使之能相互融合;Ⅰ序与Ⅱ序孔相隔时间较长的,两序间为焊接式连接,连接处均无渗水现象。从围井下部份开挖所揭露的墙体情况看,无论是老3管法还是新3管法,墙体的形成除射流冲切作用外,浆液的渗透凝结作用显著,在高喷射流几何形状的一侧,浆液的扩散范围超过30cm,但通过渗透扩散所形成的凝结体强度极低,这可能是地层结构松散透水强,在水头作用下对胶结材料凝结构成最不利的因素。当开挖5.1m时,8h渗水量约1m3,折合约125L/h。当开挖深度8.1m时,根据水泵出水量和抽水历时折算渗水量约1.23/,并发现两处有渗水现象,从墙面上看,该处卵石含量不但多而且粒径大。据此分析,井内渗水来源于局部卵石较大且集中处。围井开挖深度达9.6m和11.9m,持续抽水围井内出水量分别为1.4m3/h、1.70m3/h,根据达西定律的经验公式,平均渗透系数为式中Q为渗透流量,m3/s,Q=1.70m3/hL为围井轴线周长,L=14.8mH为围井渗透墙高,H=49.8-37.8=12.0mh为渗稳定水位下的井内外水头差,取h=49.8-38.7=11.1m当取Q=1.70m3/h时,计算得平均渗透系数K=8.91×10-6cm/s。在围井的墙体上,在1#～2#、3#～4#、7#～8#孔交接处钻取了3个孔的岩芯。分别代表了新老3管法两种工艺的取芯情况,从取芯情况看,两种工艺成墙从取芯上看无差别,3个孔的取芯情况是:粘土层和砂层中取芯率能达到90%以上,砂卵石层上部卵石含量相对较少时,取芯率在60%以上,取成柱状岩芯。但到卵石层下部,卵石含量相对较多且较大时,只能取出经切割的卵石和其中的较少卵石,卵石上可见水泥浆凝结的胶结物岩芯不成柱状。在砂层及砾石含量较少的地层中取芯,其砂层及砂层底部芯样抗压强度最大36MPa,最小8MPa。6不同粘土铺盖层通过开挖可明显看到墙体平面情况、墙体搭接情况、防渗等直观效果。从表观上看:高压摆喷灌浆所形成的墙体砂卵石层中最厚,砂层中次之,粘土铺盖层中最薄;影响半径砂层中最大,卵石层中次之,粘土层中最小。新3管法比老3管法墙体略厚,墙体有效直径略大,新3管法水